Duke-forskere, der leder $5M-projektet for at forbedre luftvåbnets netværk

Udgivelsesdato: 20. oktober 2020

DURHAM – Forskere ved Duke University vil arbejde sammen med kolleger på tværs af landet for at sikre, at fremtidige kommunikationsprotokoller, der bruges af det amerikanske luftvåben, er egnede til at håndtere de mest datatunge opgaver, man kan forestille sig, såsom at flyve UAV'er, og sikre mod modstridende angreb.

Ledet af Robert Calderbank, Charles S. Sydnor Distinguished Professor of Computer Science, Electrical and Computer Engineering, and Mathematics, og direktør for Rhodes Information Initiative ved Duke, og Vahid Tarokh, Rhodes Family Professor of Electrical and Computer Engineering, det nye femårige, $5 million program kaldes Air Force Research Laboratory/Air Force Office of Scientific Research (AFRL/AFOSR) University Center of Excellence: Agile Waveform Design for Communication Networks i omstridte miljøer. Det nye center trækker også på forskningsekspertise fra Virginia Tech, Princeton University, Carnegie Mellon University, Colorado State University og Arizona State University.

"Dette center vil udvikle metoder til nye bølgeformsdesign og optimeringsteknikker, der både er agile over for skiftende netværksdynamikker og robuste over for modstandere i omstridte miljøer, med påviselige grænser for ydeevne," sagde Lauren Huie, Air Force Research Laboratory, Information Directorate (AFRL/ RI), teknisk rådgiver for Computing & Communication Division. "De innovative teknikker i denne tilgang er klar til at gense dette område og sammenflette dette enestående universitetsteam og AFRL/RI-videnskabsmænd og ingeniører for at bane fremtiden for bølgeformdesign til kommunikationsnetværk."

Protokoller er for kommunikation, hvad programmeringssprog er for beregning; de er et sæt veldefinerede regler og formater, der gør det muligt at overføre information mellem enheder. Efterhånden som trådløse kommunikationskanaler bliver mere båndbreddeeffektive, bliver disse protokoller mere komplekse. For eksempel kan de anvende geografiske og topografiske oplysninger, være robuste over for interferens fra bygninger og andre signaler og vide, hvordan de løser eller erstatter fejl, der opstår undervejs.

Selvom denne opgave er vanskelig nok i kommercielle applikationer som for den seneste generation af smartphones og bærbare computere, er det endnu sværere for enheder og maskiner, der bruges af luftvåbnet. Udover den almindelige baggrundsstøj forårsaget af lokalt terræn og konkurrerende signaler, skal kommunikationsstrømme også modstå modstridende angreb. Og kravene til kommunikationsnetværk fra UAV'er er meget højere end for en typisk smartphone.

Flyvevåbnet ønsker dog ikke helt at genopfinde hjulet. Det er ønskeligt, at protokollerne, der styrer overførslen af kommunikation på deres enheder, fungerer med eksisterende kommercielle applikationer. Men fordi deres datastrømme er mere flygtige, ændrer sig hurtigere end kommercielle netværk og udsat for modstridende angreb, er kommercielle protokoller ikke uden videre op til opgaven.

Det nye AFRL/AFOSR University Center of Excellence vil udvikle den grundlæggende forskning, der er nødvendig for at designe og betjene protokoller, der kan opfylde luftvåbnets behov ved at arbejde med eksisterende løsninger. Ved at skabe ny software, der integrerer maskinlæringsmetoder, vil forskere udvikle nye bølgeformer, der understøtter kommunikation med lav latens, samtidig med at de giver robusthed til modstandere i omstridte miljøer.

"Vores tilgang afviger fra traditionelle metoder, der bruger matematiske modeller, der beskriver transmissionsprocessen, signaludbredelsen, modtagerstøj, netværkstrafik og mange andre komponenter i systemet, der påvirker end-to-end ydeevne," sagde Calderbank, som også holder aftaler i elektro- og computerteknik, matematik og fysik. ”Traditionelle metoder har stadig værdi, men de taber terræn, efterhånden som trådløse links bliver mere variable, og systemkomponenter bliver sværere at modellere. Den værdi vil vi bevare ved at udvikle maskinlæringsalgoritmer, der er inspireret af og baseret på traditionelle optimeringsmetoder."

"Duke har en dybde af viden og erfaring, der kommer fra en lang historie med at arbejde med maskinlæringsmetoder, der har revolutioneret tale- og billedbehandling," tilføjede Tarokh, som også har ansættelser inden for datalogi og matematik. "De samme metoder vil være grundlaget for de nye netværk og protokoller, der vil gøre det muligt for luftvåbnet at sikre fremtidens behov for trådløs kommunikation."

Projektet vil uddybe eksisterende samarbejder mellem de involverede universiteter og AFRL/RI. Ved at tackle denne nye udfordring vil forskerne øge AFRLs arbejdsstyrkes kapaciteter, viden, færdigheder og ekspertise, samtidig med at dets personale får mulighed for at arbejde med en stor pipeline af talentfulde studerende gennem programmer som f.eks. Data+ og Kode+, begge ti-ugers sommerforskningserfaringer, der parrer blandede hold af Duke bachelor- og kandidatstuderende med virkelige datasæt og problemer fra partnervirksomheder.

(C) Duke University

Original artikelkilde: WRAL TechWire